电磁流量计故障检查和分析

     电磁流量计故障检查和分析[第1讲]——电磁流量计故障检查和分析（1）
前 言
中国石化出版社出版地流量计应用指南丛书,已出版。肖素琴、韩厚义主编《质量流量计》分册,由蔡武昌、马中元等撰写的《电磁流量计》分册亦即将出版。

《电磁流量计》全书内容涉及工作原理与典型结构、应用和选择、安装调试、故障检查和分析、流量校准和现场比对等，附录部分还有200余种液体的电导率和电极材料选择参考等。本讲座即是该书“第七章 故障检查和分析”部分。

*节 故障类型

电磁流量汁运行中产生故障的*类为仪表本身故障，即仪表结构件或元器件损坏引起的故障；第二类为外界原因引起的故障，如安装不妥流动畸变，沉积和结垢等。本章重点讨论的是应用方面和上述第二类外界原因的故障。

按照故障发生时期分类，可分为：①调试期故障；②运行期故障。调试期故障出现在新装用后调试初期，主要原因是仪表选用或设定不当，安装不妥等。运行期故障足在运行一段时期后出现，主要原因有流体中杂质附着电极衬里，环境条件变化出现新干扰源等。

按故障外界源头分析来自3个方面：①管道系统和安装等方面引起的；②环境方面引起的；③流体方面引起的。来源①主要在调试期表现出来；来源②和③则在调试期和运行期均会出现。

<B〉一、调试期故障< b>

本类故障在电磁流量计初始装用调试时就出现，但一经改进排除故障，以后在相同条件下一般就不会再度出现。常见调试期故障主要有安装不妥、环境干扰、流体特性影响三方面原因。

1、管道系统和安装等方面
通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障，常见的例如将流量传感器安装在易积聚潴留气体的管网高点；流量传感器后无背压，液体迳直排人大气，形成其测量管内非满管；装在自上向下流的垂直管道上，可能出现排空等。

2、环境方面
主要是管道杂散电流干扰，空间电磁波干扰，大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量，但如遇管道有强杂散电流（如电解车间管道）亦不一定能克服，须采取流量传感器与管道缘绝的措施（参见下文案例12）。空间电磁波干扰-般经信号电缆弓I入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护，但也曾遇到屏蔽保护还不能克服（见案例10）。

3、流体方面
液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量，唯所测得体积流量是液体和气体两者之和；气泡增大会使输出信号波动，若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面，使电极信号回路瞬时断开，输出信号将产生更大波动。

低频（50／16 Hz-50／6 Hz）矩形波激磁电磁流量计测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声，输出信号亦会有一定程度波动。

两种或两种以上液体作管道混合工艺时，若两种液体电导率（或各自与电极间电位）有差异，在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量，输出信号亦会产生波动。

电极材质与被测介质选配不善，产生钝化或氧化等化学作用，电极表面形成绝缘膜，以及电化学和极化现象等，均会妨碍正常测量。

二、运行期故障

经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障，常见故障原因有：流量传感器内壁附着层，雷电击，环境条件变化。

1、内壁附着层
由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多，出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附着层，电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层，电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作（参见案例7）。

2、雷电击
雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流，进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径：电源线，传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析，引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的，其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到，不仅电磁流量计出现故障，控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。现任已有若于设计单位队识和探索解决这一问题，如齐鲁石化设计院［1］。

3、环境条件变化
主要原因同上节调试期故障环境方面，只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计，调试期因无厂扰源，仪表运行正常，然而在运行期出现新干扰源（例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊）干扰仪表正常运行，出现输出信号大幅度波动。

第二节 故障现象和检查流程
●电磁流量计常见故障现象有：（1）无流量信号；（2）输出晃动；（3）零点不稳； （4）流量测量值与实际值不符；（5）输山信号超满度值5类，下文将分节讨论。
●通常检查整个测量系统和判断故障的程序如图1所示，检查环节包括电磁流量计本身的传感器和转换器以及连接两者的电缆，电磁流量计上位的工艺管道，下（后）位显示仪表连接电缆。
●经常采用的检查手段或方法及其检查内容列举如下：
（1）通用常规仪器检查
电磁流量计故障检查和分析[第2讲]——电磁流量计故障检查和分析（2）
第四节 输出晃动检查和采取措施 

一、故障原因

输出晃动大体上可归纳为5方面故障原因，它们是：

（1）流动本身是波动或脉动的，实质上不是电磁流量计的故障，仅如实反映流动状况；
（2）管道末充满液体或液体中含有气泡；
（3）外界杂散电流等电、磁干扰；
（4）液体物性方面（如液体电导率不均匀或含有较多变颗粒／纤维的浆液等）的原因；
（5）电极材料与液体匹配不妥。

二、检查程序

图4所示是检查电磁流量计输出晃动的流程。先按流程图全面考急作初步调查和判断，然后再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查顺序的先后原则是：①可经观察或询问了解无须作较大操作的在前，即先易后难；②按过去现场检修经验，出现频度较高而今后可以出现概率较高者在前；③检查本身的先后要求。若经初步调查确认足后几项故障原因，亦可提前作细致检查。

图4 电磁流量计输出晃动检查流程

三、故障检查和采取措施

本小节分别讨论上述5个方面故障原因的检查方法和采取措施。

1、流动本身的波动（或脉动）

检查流程图第1项。若流动本身波动，仪表输出晃动则是如实反映波动状况。检查方法可在使用现场向操作人员和流程工艺人员询问或巡视有否波动源。管系流动波动（或脉动）的原因通常有3个方面：
（1）电磁流量计上游的流动动力源采用了往复泵或膜片泵（经常用于精细化工、食品、医药和给水净化等加注药液），这些泵的脉动频率通常在每分钟几次到百余次之间；
（2）仪表下游的控制阀流动特性和尺寸选用不妥，从而产生猎振（hunting），这可观察控制阀阀杆是否有振荡性移动；
（3）其他扰动源使流动波动，例如：电磁流量计上游管道中有否阻流件（如全开蝶阀）产生旋涡（如象涡街流量计旋涡发生体产生的涡列，传感器进口端垫圈伸人流通通道，垫圈条片状碎块悬在液流中摆动等等）。
在有脉动流动源的管线上，要减缓其对流量仪表测量的影响，通常采取流量传感器远离脉动源，利用管流流阻衰减脉动；或在管线适当位置装上称作被动式滤波器的气室缓冲器，吸收脉动。

2、管道未充满液体或液体中含有气泡

检查流程图第2项，本类故障主要是管网工程设计不良使传感器的测量管未充满液体或传感器安装不妥所致。应采取措施避免安装如图3所示a,e位置和以虚线管排放时b位置，改装到c,d位置。

传感器下游无背压或背压不足，如装在位置e，液流经下游很短一段管段即排人大气，若阀门2全开，传感器测量管内有可能未充满液体。有时候流程的流量较大能充满而仪表运行正常，流量减小就有可能液体不满而使仪表失常。

液体中含有气体 液体中泡状气体形成有从外界吸入和液体中溶解气体（空气）转变成游离状气泡两种途径。液体中含有气泡数量不多且气泡球径远小于电极直径，虽然减少了部分液体体积，但不会使电磁流量汁输出晃动；较大气泡则因擦过电极能遮盖整个电极，使流量信号回路瞬间开路，则输出信号晃动更大。 

●液流中微小气泡在流动过程中会逐渐在高点或死角积聚，若电磁流量计装在管系高点，潴留气体减少传感器内液体流通面积而影响测量准确度，潴留较多时还会产生干扰信号（参见案例3）；若传感器装在高点卜游，高点积聚气体超过容纳量或因受压力波动，气体以泡状或片状随液体流动，遮盖电极而造成输出晃动。

●外界吸入空气常见途径在给水公用事业方面主要有江河原水含有气泡，或吸入口水位高度过低（通常要求有2－5倍以上吸入口直径的距离，视吸入流速而异）形成吸入旋涡卷进空气。在流程工业方面的配比混合容器搅拌时混入空气以及泵吸入端或管系其他局部产生密封不良的场所吸入空气等。这类故障在实践中也常会碰到。

●液体中溶解空气分离成游离气泡 管系压力降低原溶解的空气（或气体）会分离成游离气泡。例如充满液体管系二端阀门关闭，停止运行后逐渐冷却， 由于热膨胀系数不同，液体收缩比管系收缩大得多，管系中形成收缩空间，形成局部真空状态。液体中溶解空气便分离出来形成气泡，积聚于管系高点。重新启动，夹入气泡的液体流过电极表面就可能使电磁流量计输出晃动。这可能是管系启动运行初期电磁流量计输出晃动，然后趋于稳定的这一现象的原因之一。又如水在1个大气压0℃时zui多可溶解约0.3％VN空气，若在流程中水温升高空气就会分离成游离气泡（到30℃时，zui多只能溶解约0.15％）。积聚起来也有可能出现故障现象。

3、外界电磁干扰

检查流程图第3项。电磁流量计由于流量信号小易受外界干扰影响，干扰源主要有管道杂散电流、静电、电磁波和磁场。

●管道杂散电流主要靠电磁流量计良好接地保护，通常接地电阻要小于100Q，不要和其他电机和电器共用接地。有时候环境条件较好，电磁流量计不接地也能正常工作，但是我们认为即使如此还是作好接地为妥。因为一旦良好环境条件不复存在，仪表出现故障，届时会影响使用，再作各种检查带来诸多麻烦。 

有时候电磁流量计虽然良好接地，由于管道杂散电流过于强大（如电解工艺流程管线和有阴极保护管网）影响电磁流量汁正常测量，此时却须将电磁流量传感器与所管道之间作电气绝缘隔离。具体实例及其检查和排除过程可参阅案例12。

●静电和电磁波干扰会通过电磁流量计传感器和转换器间的信号线引入，通常若良好屏蔽（如信号线用屏蔽电缆，电缆置于保护铁管内）是可以防治的。然而也曾遇到强电磁波防治无效的实例，此时将转换器移近到传感器附近，缩短连接的信号电缆，或改用无外接电缆的一体型仪表。实例的具体内容请参见案例10。

●磁场干扰通常只有采取电磁流量传感器远离强磁场源。电磁流量计抗磁场的能力视传感器的结构设计而异，如传感器激磁线圈保护外壳由非磁性材料（如铝，塑料）制成，抗磁场影响的能力较弱，钢铁制成则较强。

4、论证核查液体物性

检查流程图第4项。液体物性中有3种因素会使输出晃动。它们是：（1）液体中含有固相颗粒或气泡，（2）双组分液体中二种液体电导率不同而末均匀混合，或管道化学反应尚未*完成，（3）液体的电导率接近下限值。 

●被测液体含有较多固体颗粒会像前文所述气泡一样，使流量信号出现尖峰脉冲状噪声等，造成输出晃动。固相若是粉状通常则不会形成输出晃动。

●在精细化工业、食品业、医药业和给水处理工程经常在主液内加药液，而药液通常是由往复泵或膜片泵按主液流量成比例地注入。注入药液后的上液呈现有药液段和无药液段相间隔的段列，若两种电导率不问的液体没有混和均匀，其下游测量流量的电磁流量计输出就会呈现晃动。出现这种情况应将加液点移至下游，或将电磁流量计移全加液点上游；如果受现场条件限制或嫌改装工程量大，亦可在加液点下游装混合器补救之。但装静态混合器后液流将产小旋转流，有可能造成1％或以上的额外附加误差。然而与输出晃动无法测量相比，是权衡两弊取其轻的措施。

若混合液在管道内化学反应未结束就进入电磁流量汁测量，也有可能出现输出晃动现象。这种情况下只能改变测量点位置，务使测量位置在混合点上游或远离混合段的下游。然而远离混合段的相隔距离需要很长，例如反应时间60s，液体流速3m／s，不考虑保险系数就要求相距180m。

●液体电导率若接近下限值也有可能出现晃动现象。因为制造厂仪表规范（specification）规定的下限值是在各种使用条件较好状态下可测量的zui低值，而实际条件不可能都很理想。我们就多次遇到测量低度蒸溜水或去离子水，具电导率接近电磁流量计规范规定的下限值5×10-6S／cm，使用时却出现输出晃动。通常认为能稳定测量的电导率下限值要向1－2个数量级。

液体电导率可查阅附录或有关手册，缺少现成数据则可取样用电导率仪测定。但有时候也有从管线上取样去实验室测定认为可用，而实际电磁流量计不能工作的情况。这是由于测电导率时的液体与管线内液体已有差别，譬如液体巳吸收了大气中C02或NOx，生成碳酸或硝酸，改变了电导率。
对于含有颗粒或纤维液体产生的噪声浆液，采取提高激磁频率能有效地改善输出晃动。表7－1所示足频率可调IFM 3080F型DN 300电磁流量计，测量浓度3.5％瓦楞低板浆液，在现场以不同激磁频率测量所显示瞬时流量晃动量。当频率较低为50／32Hz，晃动高达10.7％；频率提高到50／2Hz时，晃动降低至1.9％，效果十分明显。

表1 不同激磁频率下时瞬时流量晃动量

5、调查液体与电极材料匹配

检查流程图第5项。电极材料的选择首先考虑足对被测液体的耐腐蚀性，然而选配不妥产生电极表面效应会形成输出晃动等故障。电极表面效应包括电极表面生成钝化膜或氧化膜等绝缘层以及极化现象和电化学等。介质一心极材料匹配还没有像耐腐蚀性那样有充足的资料可查，只有一些有限经验，尚待在实践中积累。 

钽一水、碱等非酸液 钽电极测量水流量时会形成绝缘层，使仪表失灵或运行一短时期后出现很大噪声。在工艺流程中即使是极短时间钽电极与水或"非酸"液接触，如用清水冲洗管子，亦会影响仪表正常使用。氢氧化钠等碱液亦不能选钽电极。

哈氏合金B一高浓度盐酸 哈氏合金B对温度浓度不高的盐酸已有若干应用良好的实例。然而浓度超过某值时会产生噪声，应改用钽电极、硝酸、硫酸等酸液也有相似效应的实践经验。

铂一过氧化氢 铂电极用于测量低压过氧化氢（压力低于0.3MPa）时，由于触媒作用在电极表面产生气雾，阻断了电气通路而影响工作。 

钔一浓度大于10％的盐酸 铂电场对浓度大于10％的盐酸会产生噪声，当改用钽电极。

哈氏合金B－硫酸铝溶液 水厂用硫酸铝与原水混合以凝聚悬浮体。我们曾遇到哈氏合金B电极测量15％硫酸铝溶液，出现输出晃动，后改用耐酸钢电极即获得满意的结果。

第五节 零点不稳定检查和采取措施

一、故障原因零点不稳定人体上可归纳为5方面故障原因，它们是：
（1）管道未充满液体或液体中含有气泡；
（2）主观上认为管系液体无流动而实际上存在微小流动；其实不足电磁流量计故障，而足如实反映流动状况的误解；
（3）传感器按地不完善受杂散电流等外界干扰：
（4）液体方面（如液体电导率均匀性，电极污染等问题）的原因；
（5）信号回路绝缘下降。

二、检查程序图5所示足检查零点电磁流量计不稳定的流程。先按流程全面考虑作初步调查和判断，然后再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查项口顺序的先后原则是：

（1）可经观察或询问了解毋须较大操作的在前，即先易后难；
（2）按过去现场检修经验，出现频度较高而今后可能出现概率较高者在前；
（3）检查本身所需的先后要求。若经初步调查确队足后几项故障原因，亦可提前作细致检查。

三、故障检查和采取措施本小节分别讨论上述5方面故障原因的检查方法和采取措施。

1、管道未充满液体或液体中含有气泡检查流程图第1项。本类故障主要是管网工程设计主不良或相关设备不完善所引起的，可参阅第9页第四中“2、管道未充满液体或液体中含有气泡。”

2、管道有微量流动 检查流程图第2项。主观上认为流量传感器内无流动而实际上存在着微量流动。本类故障主要原闪足管线的截止阀密闭性差，电磁流量计所检测到的微小泄漏量，误解为零点变动或零点不稳定。阀门使用日久或液体污肌使阀门密闭不全的事例足会经常遇到的，大型阀门尤其如此。另一个常见原因足流量仪表除了上管道外还有若干支管，忘记或忽略这些支管的阀门关闭。有时候，在现场确认管系无流动还比较困难。此时可按图4所示，在流量传感器2前后的截止阀1、4间设置小口径泄漏监视阀3，观察足否有泄漏量。
图6 双阀关闭和泄漏监视1，4，6截止阀；2 流量传感器 3，5 泄漏监视阀

3、接地不完善受外界干扰影响和接地电位变动影响检查流程图第3项。管道杂散电流等外界干扰影响主要靠电磁流量计良好的接地保护，通常要求接地电阻小于1000，不要和具他电机电器共用接地。有时候环境条件较好，电磁流量计不接地亦能正常工作，但是一旦良好环境不存在，仪表会出现故障，届时再作检查会带来堵多麻烦。流量传感器附近的电力设备状态的变化（如漏电流增加）形成按地电位变化，电会引起电磁流量计零点变动。检查方法请阅第九节。

4、调查液体物性检合流程图第4项。液体电导率变化或不均匀，在静止时会使零点变动，流动时使输出晃动。因此流量计位置应远离注入药液点或管道化学反应段下游，流量传感器装在这些场所的上游。液体若含有固相，或杂质沉积测量管内壁，或在测量管内壁结垢，或电极被油脂等污秽等等，均有可能出现零点变动。因为内壁表面结垢和和电极污秽程度不可能*'样和对称，破坏厂初始凋零设定的平衡状况。积极措施足清除污秽和沉积垢层；若零伙变动不大也可尝试重新调零。

5、调查信号线路绝缘检查流程图第5项。信号回路绝缘下降会形成零点不稳。信号回路绝缘下降的土要原因足，包极部位绝缘下降所引起的，但也不能排除信号电缆及其接线端子绝缘下降或破坏。因为有时候现场环境十分严酷，稍一疏忽仪表盖、导线连接处密封不慎，弥漫着潮气酸雾或粉粒尘埃侵入仪表接线盒或电缆保护层，使绝缘卜降。信号回路绝缘电阻检查分别按电缆侧和流量传感器侧两邮分进行，用兆欧表测试。因信号电缆容易可先做。流量传感器再分两次进行：充满液体测黾电极表面接触电阻和个管后测量，U极绝缘电阻。

6、检查电极接触电阻和电极绝缘电阻检合流柞图第6项，分2步进行。（1）充满液体测量电极表面勺液体接触电阻 流量传感器卸下信号电缆接线，用万用表分别测量每电极与接地点，间的电阻，两电极对地电姐值之左应在10％－20％。第九节中"一、电极接触电阻的测量"将有进一步说明。
（2）空管测量电极绝缘 放空测量管，用干布揩于内表面，待*干燥后，用H500VDC兆欧表测量各电极与地间的电阻们，阻值必须在100MΩ以上。 
图5 电磁流量计零点不稳定检查流程